CN111528786A - 斜视代偿头位检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜视代偿头位检测系统及方法，克服现有技术的斜视测量不够准确和便捷、测量方案复杂影响判断效果的问题，包括头戴式部分和目标物部分，头戴式部分包括用于佩戴的镜架、分别拍摄左右眼图像的两颗摄像头、一个陀螺仪、三个具有测距功能的传感器以及用于数据处理的控制系统，判断代偿头位前先对视线进行分析，根据视轴相交情况进行判断是否患有斜视，对头部角度偏移的原因做出解释：如果视轴相交于目标物，说明测试者不患斜视，歪头视物是由颈部病变或其它原因导致，与斜视无关；如果视轴未相交于目标物，则说明头部角度的偏移是由斜视引起的，所得偏移数据可用于斜视的手术治疗。具有操作简单，症状判断迅速，数据显示明确的优点。

Description

斜视代偿头位检测系统及方法

技术领域

本发明涉及医学和电子领域，尤其是涉及一种操作简便、数据显示明确的斜视代偿头位检测系统及方法。

背景技术

斜视指两眼不能同时注视目标，属于眼外肌疾病，发病率约为3％～5％，在我们的日常生活中并不少见。斜视不仅影响人的外貌，还会对双眼视觉功能产生损坏，严重的还会导致患者心理障碍。正常情况下双眼运动协调一致，双眼可注视同一目标，并使目标在双眼的黄斑部呈像，传导到大脑视觉中枢，重叠为一个完整且具有立体感觉的单一物象。当各种原因导致双眼运动不协调时，一只眼睛可以注视目标，另一只眼睛是偏离目标的，从而产生视力模糊或重影等症状的斜视。通常情况下斜视是由先天性的遗传因素或后天性的损伤所引起的。斜视是一种常见的视觉障碍，患者最主要的临床表现为一只眼注视时，另一只眼视轴偏离平行的异常眼位，可能会对行走和平衡等所需要双眼视觉功能产生负面影响。在斜视患者中，部分患者所患的是上斜肌麻痹，是垂直性斜视的一种，在临床表现上会有代偿头位出现，即在看东西时出现歪头症状。

斜视的治疗方法主要以手术为主，根据患者的斜视病因、斜视方向和角度等信息来制定手术方案，通过切断、以为、缝合等方法，延长或缩短眼外肌长度，移动它的着力点来改变它对眼球的牵拉力量，来完成对斜视的矫正。在制定手术方案时，除了要对斜视角进行测量以外，对于代偿头位的患者，还要测量头部偏移的角度对手术方案进行调整。现有的斜视诊疗仪器使用操作不便，过多的需要测量人与被测量人的参与，主观性大，测量数据不准确，无法应用数字化的方式具体显示数据进而使医生做出的判断不够精确，导致制定的手术方案不能达到最佳。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种斜视眼位检测电筒”，其公告号CN206018344U，包括筒体，所述筒体的头部设有光源，所述光源包括白光灯泡及四个围绕白光灯泡设置的绿光灯泡，四个所述绿光灯泡在以白光灯泡中心为圆心的圆上周向均匀分布；所述筒体上设置有开关，所述筒体内设置有电池，所述白光灯泡与绿光灯泡并联后与开关、电池串联。该方案中的光源的设置能够更加准确地观察术中眼位，减小斜视度测量误差，但使用过程中需要测量者及被测量者做出过多的操作和判断，这样的测量结果带有的主观性更多，不够准确，测量角度不够精确，且不能够直接显示出来，会严重影响所制定的手术方案的效果。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的斜视测量不够准确和便捷、测量方案复杂影响判断效果的问题，提供一种斜视代偿头位检测系统及方法，本方案能够使得到的数据更加精确，且佩戴舒适便于操作，测量数据方便医生制定更加精确的治疗方案。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种斜视代偿头位检测系统，包括头戴部分，头戴部分包括镜架、两个摄像头、陀螺仪、头戴测距传感器和用于处理数据的控制端，头戴测距传感器内部集成了陀螺仪芯片，头戴测距传感器包括分别设置在镜架左右两侧的测距传感器L和测距传感器R，两个摄像头设置在头戴测距传感器上，摄像头的拍摄方向朝向人眼部；系统还包括用于人眼部注视的目标物部分。

本发明在判断代偿头位前先对视线进行分析，根据视轴相交情况进行判断是否患有斜视，对头部角度偏移的原因做出解释：如果视轴相交于目标物，说明测试者不患斜视，歪头视物是由颈部病变或其它原因导致，与斜视无关；如果视轴未相交于目标物，则说明头部角度的偏移是由斜视引起的，所得偏移数据可用于斜视的手术治疗。具有操作简单，症状判断迅速，数据显示明确的优点，另外，本发明在一次测量的基础上移动目标物部分进行二次测量，得到的数据更佳精确的便于指定精准的治疗方案。

作为优选，所述目标物部分包括测距传感器S、和伸缩杆，测距传感器S设置在伸缩杆上方，测距传感器S上还设置有指示灯。

一种斜视代偿头位检测方法，使用权利要求1或2所述的斜视代偿头位检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对头戴部分和目标物部分进行调整；

S2：陀螺仪芯片对初始水平角度信息进行记录；

S3：注视目标物部分的测距传感器S的指示灯；

S4：两个摄像头拍摄眼部图像并构建三维坐标系；

S5：将三个距离传感器抽象成三角形SLR，控制端进行数据分析，若视轴相交于目标物部分，则停止测量，若视轴交点不在目标物上，则进入S6；

S6：根据三维坐标系测量代偿头位角度；

S7：移动目标物部分再次测量代偿头位角度。

作为优选，所述S1包括以下步骤：

S11：对目标物部分进行调整，将测距传感器S的高度与头戴部分测距传感器L、测距传感器R调整至同意水平面上；

S12：对头戴部分进行调整，调整镜架角度至使用者的眼部图像拍摄完整清晰，便于通过眼部图像对视轴分析。

作为优选，所述S2中陀螺仪芯片对初始水平角度信息进行记录同时设置数据误差范围，排除人为抖动带来的数据误差。

作为优选，所述S4包括以下步骤：

S41：以水平方向为x轴正向，以人脸面向方向为y轴方向，以竖直方向为z轴方向构建三维坐标系，

S42：正常情况下头部方向向量α与z轴方向一致；

S43：异常状况下头部方向向量α`偏离z轴；对偏移角度进行分解，分解出沿z轴的偏移角度γ，在xoy面上相对x轴方向上的偏移角度为θ，α为正常情况下的头部方向向量，α`为代偿头位方向向量。

作为优选，所述偏移角度θ的计算由测距传感器L和测距传感器R的距离变化计算得出。

作为优选，所述S6包括以下步骤：

S61：△SLR为正常头位时的状态，△SL`R`为头位偏移时的状态；

S62：∠θ＝∠SLR-∠SL`R`；

θ即为所求的头部在xoy面上相对x轴的偏移角度，γ头部在z轴方向上的偏移角度；

S63：将θ的坐标与γ的坐标代入三维坐标系得到代偿头位方向向量α`。

因此，本发明具有如下有益效果：

1.本发明在判断代偿头位前先对视线进行分析，根据视轴相交情况进行判断是否患有斜视，对头部角度偏移的原因做出解释：如果视轴相交于目标物，说明测试者不患斜视，歪头视物是由颈部病变或其它原因导致，与斜视无关；如果视轴未相交于目标物，则说明头部角度的偏移是由斜视引起的，所得偏移数据可用于斜视的手术治疗。具有操作简单，症状判断迅速，数据显示明确的优点；

2.本发明在一次测量的基础上移动目标物部分进行二次测量，得到的数据更佳精确的便于指定精准的治疗方案。

附图说明

图1是本发明头戴部分的结构示意图。

图2是本发明目标物部分的结构示意图。

图3是本发明的工作流程图。

图4是本发明正常状态下的头部方向示意图。

图5是本发明偏移状态下的偏移头部方向示意图。

图6是两个头戴测距传感器与测距传感器S构成的三角形位置关系俯视图。

图7是三角形的抽象数学模型示意图。

图8是三维坐标系示意图。

图中：1、镜架11、头戴测距传感器2、摄像头3、测距传感器S 4、伸缩杆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例：

本实施例提供了一种斜视代偿头位检测系统，如图1、图2所示，包括头戴部分和目标物部分；

其中，头戴部分包括镜架1、两个摄像头2、陀螺仪、头戴测距传感器11和用于处理数据的控制端，头戴测距传感器内部集成了陀螺仪芯片，头戴测距传感器包括分别设置在镜架(1)左右两侧的测距传感器L和测距传感器R，两个摄像头(2)设置在头戴测距传感器上，摄像头(2)的拍摄方向朝向人眼部，人眼部注视目标物；目标物部分包括测距传感器S3和伸缩杆4，测距传感器S4设置在伸缩杆4(4)上方，测距传感器S3上还设置有指示灯，测量时人眼注视指示灯。

如图3-8所示，本发明还相应的提供一种斜视代偿头位检测方法，具体的包括以下步骤：

S1：对头戴部分和目标物部分进行调整。

其中，S1包括以下步骤：

S11：对目标物部分进行调整，将测距传感器S的高度与头戴部分测距传感器L、测距传感器R调整至同意水平面上；

S12：对头戴部分进行调整，调整镜架角度至使用者的眼部图像拍摄完整清晰，便于通过眼部图像对视轴分析；

测试者佩戴此装置后，让测试者面向正前方并尽量保持头部稳定。之后将注视目标物放置在测试者正前方33cm处，根据提示调整目标物高度，使目标物传感器与佩戴装置上的传感器处在同一水平面上。

S2：陀螺仪芯片对初始水平角度信息进行记录；

陀螺仪芯片对初始水平角度信息进行记录同时设置数据误差范围，排除人为抖动带来的数据误差。

S3：注视目标物部分的测距传感器S的指示灯。

S4：两个摄像头拍摄眼部图像并构建三维坐标系。

其中，S4包括以下步骤：

S41：以水平方向为x轴正向，以人脸面向方向为y轴方向，以竖直方向为z轴方向构建三维坐标系，

S42：正常情况下头部方向向量α与z轴方向一致；

S43：异常状况下头部方向向量α`偏离z轴；对偏移角度进行分解，分解出沿z轴的偏移角度γ，在xoy面上相对x轴方向上的偏移角度为θ，α为正常情况下的头部方向向量，α`为代偿头位方向向量。

S5：将三个距离传感器抽象成三角形SLR，控制端进行数据分析，若视轴相交于目标物部分，则停止测量，若视轴交点不在目标物上，则进入S6；

偏移角度θ的计算由测距传感器L和测距传感器R的距离变化计算得出；

LR距离为12cm，SL和SR距离都为34cm，根据余弦定理可以求得正常头位下∠SLR＝80°；初始化完成后，让测试者注视目标物。此时读取双眼视轴数据，如果此时双眼视轴是相交的，说明头位的偏移并非由斜视所引起的；如果双眼视轴没有相交，则说明测试者由斜视产生了代偿头位。确定了代偿头位之后，再根据传感器数据，得到SL的距离为35cm，SR距离为33cm，LR距离依然是12cm，得出此时的三角形底角∠SL`R`＝70.5°，∠θ＝∠SLR-∠SL`R`＝9.5°，也就得出了代偿头位在水平方向上的偏移角度。

S6：根据三维坐标系测量代偿头位角度。

S6包括以下步骤：

S61：△SLR为正常头位时的状态，△SL`R`为头位偏移时的状态；

S62：∠θ＝∠SLR-∠SL`R`；

θ即为所求的头部在xoy面上相对x轴的偏移角度，γ头部在z轴方向上的偏移角度；

S63：将θ的坐标与γ的坐标代入三维坐标系得到代偿头位方向向量α`

代偿头位在z轴方向上的偏移角度由陀螺仪直接得出，假设读出数据为偏离垂直角度∠γ＝30°。

设向量在xoy平面度的投影模为1，则坐标为：

将偏移角度γ和θ代入三维坐标系可得代偿头位方向偏向左上方，在坐标系中用方向向量坐标表示为(0.165，0.986，1.732)。

S7：移动目标物部分再次测量代偿头位角度

代偿头位的产生原因比较复杂，为了使得到的数据更加精确，所以需要将目标物放置到5m再次进行测量，得出的结果精确可以直接用来制定治疗方案。

本发明在判断代偿头位前先对视线进行分析，根据视轴相交情况进行判断是否患有斜视，对头部角度偏移的原因做出解释：如果视轴相交于目标物，说明测试者不患斜视，歪头视物是由颈部病变或其它原因导致，与斜视无关；如果视轴未相交于目标物，则说明头部角度的偏移是由斜视引起的，所得偏移数据可用于斜视的手术治疗。具有操作简单，症状判断迅速，数据显示明确的优点。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种斜视代偿头位检测系统，包括头戴部分，其特征在于，头戴部分包括镜架（1）、两个摄像头（2）、陀螺仪、头戴测距传感器（11）和用于处理数据的控制端，头戴测距传感器（11）内部集成了陀螺仪芯片，头戴测距传感器（11）包括分别设置在镜架（1）左右两侧的测距传感器L和测距传感器R，两个摄像头（2）设置在头戴测距传感器上，摄像头（2）的拍摄方向朝向人眼部；系统还包括用于人眼部注视的目标物部分。

2.根据权利要求1所述的一种斜视代偿头位检测系统，其特征在于，所述目标物部分包括测距传感器S（3）和伸缩杆（4），测距传感器S（3）设置在伸缩杆（4）上方，测距传感器S（3）上还设置有指示灯。

3.一种斜视代偿头位检测方法，使用权利要求1或2所述的斜视代偿头位检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对头戴部分和目标物部分进行调整；

S2：陀螺仪芯片对初始水平角度信息进行记录；

S3：注视目标物部分的测距传感器S的指示灯；

S4：两个摄像头拍摄眼部图像并构建三维坐标系；

S5：将三个距离传感器抽象成三角形SLR，控制端进行数据分析，判断视轴是否相交于目标物部分，若视轴相交于目标物部分，则停止测量，若视轴交点不在目标物上，则进入S6；

S6：根据三维坐标系测量代偿头位角度；

S7：移动目标物部分再次测量代偿头位角度。

4.根据权利要求3所述的一种斜视代偿头位检测方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：

S11：对目标物部分进行调整，将测距传感器S的高度与头戴部分测距传感器L、测距传感器R调整至同意水平面上；

S12：对头戴部分进行调整，调整镜架角度至使用者的眼部图像拍摄完整清晰，便于通过眼部图像对视轴分析。

5.根据权利要求3所述的一种斜视代偿头位检测方法，其特征在于，所述S2中陀螺仪芯片对初始水平角度信息进行记录同时设置数据误差范围，排除人为抖动带来的数据误差。

6.根据权利要求3所述的一种斜视代偿头位检测方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

S41：以水平方向为x轴正向，以人脸面向方向为y轴方向，以竖直方向为z轴方向构建三维坐标系，

S42：正常情况下头部方向向量α与z轴方向一致；

S43：异常状况下头部方向向量α`偏离z轴；对偏移角度进行分解，分解出沿z轴的偏移角度γ，在xoy面上相对x轴方向上的偏移角度为θ，α为正常情况下的头部方向向量，α`为代偿头位方向向量。

7.根据权利要求6所述的一种斜视代偿头位检测方法，其特征在于，所述偏移角度θ的计算由测距传感器L和测距传感器R的距离变化计算得出。

8.根据权利要求3所述的一种斜视代偿头位检测方法，其特征在于，所述S6包括以下步骤：

S61：△SLR为正常头位时的状态，△SL`R`为头位偏移时的状态；

S62：∠θ = ∠SLR - ∠SL`R`；

θ即为所求的头部在xoy面上相对x轴的偏移角度，γ头部在z轴方向上的偏移角度；

S63：将θ的坐标与γ的坐标代入三维坐标系得到代偿头位方向向量α`。

Images